Электрифицированные железные дороги - концепция
Многие региональные, городские и высокоскоростные межгородские железнодорожные сети во всем мире электризуются, обеспечивая движущую силу для поездов (рис. 1).
Защита электрифицированных электрическими сетями переменного тока (на фото: Amtrak) Региональные поезда на самых сложных и наиболее технически совершенных железнодорожных системах в мире с более чем 2000 поездов на контролируемых Amtrak сегментах в будние дни, кредит: Chuck Gomez via Flickr)
Система электрификации служит в качестве контактного интерфейса для сбора тока каждым поездом, а на электрифицированных железных дорогах переменного тока - средством распределения мощности.
В общем, одна из двух философий соблюдается: надземная надземная над дорожкой, с сбором энергии пантографом; или электризация проводника-рельса, с коллекцией тока через контактную обувь на поверхности специального металлического проводника, уложенного рядом с бегущими рельсами.
Последняя компоновка наиболее часто используется для тяги постоянного тока, тогда как первая компоновка используется для тяги переменного и постоянного тока. Некоторые железнодорожные маршруты имеют двойную надземную и электрическую проводку, чтобы облегчить совместное использование маршрутов различными операторами железнодорожного транспорта.
Рисунок 1 - Современный высокоскоростной электрический электрический поезд переменного тока (на фото: класс 395 «Javelin», эксплуатируемый юго-востоком в Ebbsfleet International, эти поезда используются на высокоскоростных услугах Юго-востока, кредит: Википедия)
Накладные катенарии, как правило, считаются более безопасными, поскольку они находятся над дорожкой, вне досягаемости персонала железнодорожного транспорта и общественности. Это единственный способ, с помощью которого можно сконструировать тяговое питание при высоких напряжениях. Они обеспечивают однофазное питание переменного тока с напряжением в диапазоне 11 кВ-50 кВ по отношению к работающим рельсам, хотя в некоторых странах преобладают каталитические нейтрали с постоянным напряжением 1, 5 кВ и 3 кВ. Когда используется проводящая система, напряжение питания обычно составляет от 600 до 1700 В постоянного тока
Эта техническая статья в целом вводит защиту, связанную с электрическим напряжением сети переменного тока. Из-за характера многих железнодорожных маршрутов и ограниченных электрических зазоров (особенно там, где существующий неэлектрифицированный маршрут должен быть электрифицирован), цепные разломы являются общими.
Типичная частота отказов - это одна ошибка в год на маршрут километра дорожки. Относительно высокая частота отказов, связанная с высоким механическим натяжением контактного провода (обычно 6-20 кН), требует быстрого устранения неисправностей. Если неисправность не будет устранена быстро, проводники, образующие контактную цепь, могут выйти из строя из-за интенсивного перегрева, что может привести к дальнейшему серьезному ущербу, вызванному перемещением поездов и длительному сбою в поездке.
Философия защиты //
Применение защиты к схемам передачи электроэнергии смещено в сторону обеспечения безопасности, обеспечивая надежность только для самых серьезных сбоев в защищенной цепи. Следует избегать чрезмерной пристрастии к применению удаленной резервной защиты, поскольку последствия нежелательного отключения являются серьезными.
В случае электрифицированных железных дорог существует высокая вероятность того, что устойчивые электрические неисправности любого типа (высокое сопротивление, дистанционный выключатель / отказ в защите и т. Д.) Могут быть связаны с повреждением накладных проводов или неисправным тяговым устройством.
Падающие живые провода, вызванные механическим повреждением или несчастным случаем, представляют большую опасность для безопасности на железных дорогах из-за большей вероятности приближения людей (железнодорожный персонал, работающий на трассе или пассажиры). Неисправности тягового агрегата представляют собой опасность пожара и риск для пассажиров, особенно в туннелях. По этим причинам будет предвзятость в отношении надежности резервной защиты за счет безопасности.
Последствия случайного нежелательного путешествия гораздо более приемлемы (центр управления просто закрывает выключаемый СВ, некоторые поезда откладываются, а центр управления обеспечивает его безопасное повторное закрытие), чем последствия отказа при поездке на упавший провод или неисправность тягового блока.
Классическая однофазная подача
С 1920-х годов использовалась классическая однофазная электрическая электрическая сеть переменного тока. В более ранних системах использовались низкочастотные источники, и во многих странах используются системы электрификации с использованием источников 162/3 Гц и 25 Гц. Стоимость конверсии обширной сети с требованием для работы локомотивов на протяжении всего необходимого периода переключения обычно является запретительной.
Рисунок 1 - Классическая подача 25 кВ с бустерными трансформаторами
Стало стандартом, начиная с Западной Европы и с распространением влияния во всем мире, однофазная электризация переменного тока на стандартной частоте энергосистемы 50/60 Гц.
Рисунок 2 выше иллюстрирует классическую подачу 25 кВ с помощью усилительных трансформаторов (BT). Подъемные трансформаторы используются для принудительного прохождения обратного тока тяги в воздушно-смонтированный обратный проводник, прикрепленный к задней части опорных мачт (рис. 3).
Эта компоновка ограничивает тяговый ток, возвращающийся через рельсы и землю в большой петле поперечного сечения, тем самым уменьшая электромагнитные помехи со смежными телекоммуникационными цепями.
Трансформатор с понижающим трансформатором, подключенный к фазе через сетку Утилиты, обычно является источником тягового питания. Электрическая подача в поезд осуществляется через верхнюю контактную цепь с обратным током, протекающим через рельсы, а затем через обратный провод.
Рисунок 3 - Оборудование для воздушных линий электропередач - OHLE (фото кредит: rail.co.uk)
Поскольку направляющие рельсы соединены с землей через регулярные промежутки времени, они номинально находятся в потенциале Земли. Однополюсный автоматический выключатель - это все, что требуется для отключения питания на контактной сети в случае неисправности.
Классическая система // Схема подачи
На практике однопутные железнодорожные линии встречаются редко, а два или четыре параллельных пути являются более распространенными. Оборудование воздушной линии затем состоит из двух или четырех электрически независимых катенариев, работающих параллельно. На рисунке 4 показана схема подачи для типичной двухпутной железной дороги с использованием классической системы электрификации.
Рисунок 4 - Классическая схема подачи 25 кВ
Подача на дорожки в направлении «северного направления» осуществляется через сетчатый трансформатор T1 на фидерной станции (FS). Затем мощность распределяется через катенары A и B над северными и южными дорожками. С интервалами обычно параллельны двум катенариям на подставных / подседельных подстанциях, как показано на рисунке 4.
Ток нагрузки может затем протекать по параллельным путям, что уменьшает сопротивление к нагрузке и, следовательно, падает линейное напряжение. Как предполагает терминология подстанции, предоставление автоматических выключателей для каждого из исходящих каналов для катенариев также позволяет подразделять - на возможность отключения питания от участков контактной сети, в случае неисправности или для обслуживания.
Для неисправности на контактной «А» на рисунке 4 выключатели А на фидерной станции и в SS1 будут отключены, чтобы изолировать неисправную контактную цепь. Будет обеспечено снабжение здоровыми участками контактных B, C, D, E и F.
Подача от T1 обычно подается только до выключателя с нормально разомкнутой шиной (BS2) на промежуточной подстанции (MPSS). Помимо MPSS имеется зеркальное изображение электрических устройств T1- BS2, показанных на рисунке 4, причем удаленная концевая фидерная станция часто находится на расстоянии 40-60 км от T1. BS2 должен оставаться открытым во время нормальной подачи, чтобы предотвратить передачу мощности через однофазную цепь или избежать параллельных поставок, которые могут быть получены из разных фазовых пар сетки Utility -eg фазы AB при T1 и BC на следующей FS на север.
То же самое верно для BS1, который обычно остается открытым, так как каналы T1 и T2 обычно состоят из разных пар фаз, пытаясь сбалансировать нагрузку на трехфазной сетке Utility. Нейтральная секция (NS) представляет собой непроводящую секцию контактной цепи, используемую для обеспечения непрерывности контактной цепи для пантографов движущих силовых агрегатов при электрическом разделении участков дорожки.
В то время как для простоты показаны только две (по одному на рельсовую дорожку), разделяющие треки, подаваемые T1 и T2 на Фидерной станции, они расположены в каждой точке, где предусмотрены средства электрической изоляции.
Железная дорога Японии - Линия электропередачи воздушной линии
Ссылка // Руководство по сетевой защите и автоматизации - Areva